BorgWarner eTurbo (2020.): elektromotorna potpora ubrzava odziv turbopunjača i uklanja turbo-rupu

48-voltni elektromotor zupčaničkim je prijenosom priključen na vratilo kojim turbina pokreće kompresor i pri niskim okretajima, kad je turbinski pogon trom i nedovoljno učinkovit pruža ‘injekciju’ momenta, kako bi se kompresor brže zavrtio…

Postoji različiti načini povećanja snage, a svi se svode na isto: treba povećati količinu izgorjelog goriva u radnom ciklusu. Dovesti više goriva u cilindre nije problem, ali gorivo može u potpunosti izgorjeti samo ako ima dovoljno zraka.

Kod benzinskih je motora nužna 14,7 puta veća masa zraka kako bi gorivo potpuno izgorjelo, dok je kod dizelaša potreba za zrakom još veća, jer pretežito rade s pretičkom zraka (faktor lambda veći od 1). Zato se danas najčešće koristi prednabijanje, odnosno upuhivanje stlačenog zraka u cilindre.

Do 1980-ih uobičajeni su bili mehanički kompresori, a onda je počela era turbopunjača.
Dizelski motori bez turbopunjača nestali su prije desetak godina, a od kraja 1990-ih ‘posljednji Mohikanac’ bio je Volkswagenov 2.0 SDI (usisni dizelaš s direktnim ubrizgavanjem, ali bez turbopunjača).

Izvedba s turbopunjačem i dodatnim, manjim električnim punjačem, oznake ‘e-Booster’ (strelica), koji pri nižim okretajima upuhuje dodatnu količinu zraka u tlačnu cijev između kompresora i glave motora. U samo 0,25 sekundi 48-voltni elektromotor kompresorsko kolo zavrti na 70.000/min

Nova generacija benzinskih motora su u pravilu s turbopunjačem i direktnim ubrizgavanjem. Prednost turbopunjača: za pogon koriste kinetičku energiju ispušnih plinova, dok mehanički kompresor troši snagu motora.

No, postoji i nedostatak – dugovrijeme reakcije. Problem svih turbomotora, je odziv turbine koja pogonjena strujom ispušnih plinova pokreće kompresor. Njen odziv raste s kvadratom brzine vrtnje, zbog toga je problem u području nižih brzina vrtnje.

Da bi se na pritisak papučice gasa snaga povećala, turbokompresor bi trebao trenutno povećati brzinu vrtnje, odnosno količinu upuhanog zraka. No za to treba neko vrijeme, jer se najprije nužno stvoriti višak plinova, koji će brže zavrtjeti turbinu.

To dovodi do veće količine zraka na strani kompresora, a vrijeme reakcije (kašnjenja) popularno se naziva ‘turbo rupa’. Kašnjenje reakcije turbokompresora na pritisak gasa (‘turbo rupa’) vječiti je problem svih turbomotora. Kad vozač nagazi gas turbokompresor ne može trenutno dati dovoljno zraka.

Rješenje je u elektromotornoj pomoći, kroz dvije koncepcijske opcije, koje razvijaju Garrett i BorgWarner. Prva je da se uz turbopunjač, paralelno priključi drugi, manji električni punjač, kojemu kompresorsko kolo pokreće elektromotor. On se prvenstveno uključuje pri niskim okretajima, djelomično pri srednjim, a isključuje se pri visokim okretajima.

e-Turbo ima 48-voltni elektromotor koji je zupčanicima priključen na vratilo između turbine i kompresora te pri nižim brzinama vrtnje daje značajan dodatni okretni moment (dakle i snagu) te bitno povećava kutno ubrzanje vratila koje okreće kompresor

U samo 0,25 s elektromotor zavrti lopatice kompresora do 70.000/min. Električni kompresor većinu vremena ne radi te ga zrak koji ulazi u motor obilazi. Druga mogućnost je e-Turbo, odnosno električni punjač, kakvu je izvedbu za jesen ove godine pripremio BorgWarner. Spoj je tu serijski.

Naime, ispušni plinovi okreću turbinu koja okretni moment, dakle i snagu daje vratilu spojenom na kompresor. A na sredini vratila zupčaničkim je prijenosom spojen elektromotor, koji, u području nižih brzina vrtnje, kad je turbina neučinkovita, a elektromotor cijeli okretni moment pruža već od nula okretaja ‘dodaje’ okretni moment.

Kako bi elektromotorna potpora bila što učinkovitija, a brzina reakcije čim veća, ugrađena je 48-voltna tehnologija, s dodatnom litij-ionskom baterijom. Rješenje je, dakle, skupo, ali učinkovito i isplativo…


Komentari

loading...